اثر روی و کادمیم بر رشد، مقدار کلروفیل، فتوسنتز و غلظت کادمیم در چغندر لبویی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 به ترتیب دانشجوی دکتری گروه باغبانی دانشگاه تبریز

2 استاد گروه باغبانی دانشگاه تبریز

3 استاد گروه خاکشناسی دانشگاه تربیت مدرس

4 استاد شیمی تجزیه دانشکده‌ی شیمی دانشگاه تبریز

چکیده

کادمیم (Cd) یکی از فلزات سنگین است که افزایش غلظت آن در محیط ریشه گیاه سبب بروز اختلالات متابولیسمی در گیاه می‌گردد. از طرف دیگر به دلیل شباهت رفتاری یونهای روی (Zn) و Cd، افزایش Zn در محیط ریشه می‌تواند تعدیل کننده‌ی تاثیرات سمی Cd باشد. به منظور بررسی اثر این دو یون بر رشد و عملکرد چغندر لبویی (Beta vulgaris L. cv. dark red) آزمایشی گلخانه‌ای با سه سطح Cd (صفر، 45 و 90 میکرو مولار) و سه سطح Zn (5/0، 155 و 310 میکرو مولار) با چهار تکرار به صورت فاکتوریل و در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی در سال 1385 انجام گرفت. بذور چغندر لبویی در گلدانهای 14 لیتری در بستر پرلایت کاشته شد. گیاهان با محلول غذایی هوگلند آبیاری گردیدند. مقدار کلروفیل، فتوسنتز و سطح برگ گیاهان در طول زمان رشد، بررسی و پس از گذشت سه ماه چغندر لبویی برداشت و غلظت Zn و Cd در برگ و ریشه گیاهان تحت آزمایش اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که مصرف Cd موجب افزایش معنی‌دار غلظت Cd در برگ و ریشه گیاه چغندر لبویی و کاهش معنی‌دار فتوستنز خالص شد. در تیمار90 میکرومولار Cd (Zn1Cd2)، وزن خشک، سطح برگ، فتوسنتز، کلروفیل و غلظت Zn برگ به ترتیب 72، 32، 39، 29 و 60 درصد نسبت به تیمار شاهد (Zn1Cd0) کاهش نشان دادند. مصرف Zn باعث افزایش معنی‌دار عملکرد گیاه، مقدار کلروفیل، سطح برگ و تعداد برگ گردید. مصرف Zn باعث افزایش غلظت Cd در برگها و ریشه چغندر لبویی گردید. اثر متقابل Zn و Cd بر میزان کلروفیل برگ معنی‌دار بود وZn  تخریب کلروفیل توسط Cd راکاهش داد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of Zinc and Cadmium on Growth, Chlorophyll Content, Photosynthesis, and Cadmium Concentration in Red Beet

نویسندگان [English]

  • F. Behtash 1
  • S.J. Tabatabaei 2
  • M.J. Malakouti 3
  • M.H. Sororaddin 4
1 PhD. Student of Hortscience, Tabriz University
2 Professor of Hortscience,Tabriz University
3 Professor of Soil Science, Tarbiat Modares University
4 Assistant Professor of Soil Science, Tabriz University
چکیده [English]

Cadmium(Cd) is a non-essential and toxic element, without any metabolic significance, whereas zinc(Zn) is an essential element. Since both Cd and Zn have similar electronic configurations and valence, the increase of Zn in rhizosphere can adjust the toxic effects of Cd. To study the effects of Cd and Zn on growth and yield of Beta vulgaris L. cv. dark red, a greenhouse experiment was carried out in a factorial experiment with a randomized complete block design and four replications. Three levels of Cd (0, 45 and 90 µM) and three levels of Zn(0.5, 155 and 310 µM) were added to nutrient solution. The seed bed was perlite and the seeds of dark red cultivar of red beet were planted. Results showed that Cd application significantly increased Cd concentration but decreased Zn concentration in leaves and roots. Application of Cd significantly decreased photosynthesis, chlorophyll content, leaf number, leaf area and yield in plants. Application of Cd in 90 µM (Zn1Cd2) decreased dry weight, leaf area, photosynthesis, chlorophyll content and Zn concentration by 72%,32%,39%,29% and 60% respectively, compared with control(Zn1Cd0). Application of Zn in nutrient solution significantly increased yield, chlorophyll content and leaf number, leaf area and also Zn concentration in leaves and roots of red beet. Application of Zn increased Cd concentration in leaves and roots of red beet. The interaction between Zn and Cd in chlorophyll content was statistically significant and application of Zn alleviated Cd toxic effect on chlorophyll degradation

کلیدواژه‌ها [English]

  • Beta vulgaris L
  • Red Beet
  • Cadmium
  • Zinc
  • Chlorophyll and Photosynthesis

مراجع

  1. ثواقبی،غ. و م.ج. ملکوتی.1379. بررسی نقش روی در کاهش اثرات سوء کادمیم بر عملکرد و کیفیت دانه گندم. مجله علوم خاک و آب موسسه تحقیقات خاک و آب.ویژه نامه کشاورزی پایدار. جلد12.شماره9.ص66-75.تهران.ایران.
  2. چراتی،ع. و م.ج. ملکوتی.1383. ضرورت کاهش آلاینده های کادمیم و نیترات در شالیزارهای شمال کشور.(بررسی تأثیر روی و کادمیم بر رشد و ترکیب شیمیایی برنج). کتاب تغذیه متعادل برنج.انتشارات سنا. وزارت کشاورزی معاونت رزاعت.تهران.ایران.
  3. خانی،م.ر. ، م.ج. ملکوتی و س.م.شریعت.1379. بررسی رابطه بین تغییرات فسفر باکادمیم در خاکهای شالیزاری شمال کشور. مجله علوم خاک و آب. موسسه تحقیقات خاک و آب. ویژه نامه کشاورزی پایدار.جلد12.شماره9.ص12-18.تهران.ایران.
  4. رونقی ،ع.ا.م. و م. مفتون.1385. هیدروپونیک راهنمای عملی برای پرورش دهندگان کشت بدون خاک (ترجمه).انتشارات دانشگاه شیراز.
  5. Abdel-Sabour, M.F., J.J. Mortvedt , and J.Kelsoe.1988.Cadmium-Zinc interactions in plants and extractable cadmium and zinc fractions in soil. Soil Sci.145(6):424-431.
  6. Adriano,D.C.1986.Trace elements in the terrestrial environment .Springer ,Verlag ,New York.
  7. Aravind,P. and M.N.V.Prasad.2003.Zinc alleviates cadmium-induced stress in Ceratophyllum demersum :a free floating freshwater macrophyte.Plant Physiol. Biochem.41:391-397.
  8. Aravind,P. and M.N.V.Prasad.2004.Zinc protects chloroplasts and associated photochemical functions in cadmium exposed Ceratophyllum demersum : a free floating freshwater macrophyte. Plant Sci.166(5):1321-1327.
  9. Beale,S.I.1999.Enzymes of chlorophyll biosynthesis.Photosynth. Res.60:43-73.
  10. Cakmak,I.2000.Possible roles of zinc in protecting plant cells from damage by reactive oxygen species.New Phytol.146:185-205.
  11. Cho , U.H. and N.H.Seo. 2005. Oxidative stress in Arabidiopsis thaliana exposed to cadmium is due to hydrogen peroxide accumulation. Plant Sci. 168:113-120.
  12. Choudhary, M., L.D.Bailey, C.A.Grant, and D, Leise.1995.Effect of Zn on the concentration of Cd and Zn in plant tissue of two  durum-wheat lines.Canadian J. of Plant Sci.75(2):445-448.
  13. Chug, L.K. and S.K.Sawhney.1999.Photosynthetic activities of Pisum sativum seedlings grown in presence of cadmium.Plant Physiol.Biochem.37(4):297-303.
  14. Falchuk, K.H, L. Ulpino, B.Mazus, and B.L.Valee.1977.Euglena gracilis RNA polymerase.I.A zinc metalloenzyme .Biochem.Biophys.Res.Commun.74:1206-1212.
  15. Florijn, P.J. and M.L.V.1993. Evaluation of structural and physiological plant characteristics in relation to the distribution of cadmium in maize inbred lines.Plant Soil.154:103-109.
  16. C.A. and L.D. Bailey.1998.Nitrogen, phosphorous and zinc management effects on grain yield and cadmium concentration in two cultivars of durum wheat.Canadian J. of plant Sci.78(1):63-70.
  17. Hart, J.J., R.M. Welch, W.A. Norvell, and V.Kochian. 2002.Transport interactions between Cd and Zn in roots of bread and durum wheat seedlings. Physiol. Plant. 45:91-97.
  18. 1989.Evaluation of certain food additives and contaminants.Thirty-third report of the joint FAO/WHO expert committee on food additives. WHO Technical Report Series No.776.
  19. Kabata-pendias, A. and H.Pendias.1992.Trace Elements in Soil and Plants. CRC Press.
  20. Koleli, N., S. Eke,r and I.Cakmak.2004.Effect of Zinc fertilization on cadmium toxicity in durum and bread wheat in zinc deficient soil. Environ. Pollut.131:453-459.
  21. Lagriffoul, A., B. Mocquot, M. Mench, and J.Vangronsveld.1998.Cadmium toxicity effects on growth, mineral and chlorophyll content , and activities of stressing related enzymes in young maize plants (Zea mays). Plant Soil.200:241-250.
  22. Lasat, M.M., A.J.M. Baker, and L.V.Kochian.1996.Physiological characterization of root Zn²+ absorption and translocation to shoot in hyperaccumulator and non hyperaccumulator species of Thalaspi. Plant Physiol.112:1715-1722.
  23. Lebedev, N. and P.M. Timco.1998. Protochlorophyllide photoreduction. Photosynth. Res. 58:5-23.
  24. Lin, J. and M. Schorr.1977.A challengr for the phosphate industry: Cd removal. Phosphorous and Potassium.208:27-31.
  25. Malakouti, M.J. and A. Bybordi. 2006. Interaction between potassium (K) and Zinc(Zn) on the yield and quality of tuber vegetables. International Symposium on Balanced Fertilization for Sustainability of Crop Productivity. Ludhiana, Inndia.
  26. Malik, D., I. C. Sheoran, and R.Singh.1992.Carbon metabolism in leaves of cadmiumtrated Wheat seedlings. Plant Physiol. Biochem.30:223-229.
  27. Marschner, H. 1995.Mineral Nutrition of Higher Plants.2nd ed., Academic Press. Harcourt Brace Company, Pub. , New York.889 p.
  28. Mckenna, I.M., R.L. Chaney, and F.M.Williams.1993.The effects of Cd and Zn interaction on the accumulation and tissue distribution of Zn on Cd in lettuce and spinach.Environ.Pollut.79:113-120.
  29. Nan, Z.R., J.H.Li, J.M. Zhang, and G.D.Cheng.2002.Cadmium and zinc interactions and their transfer in soil-crop system under field conditions. Sci. Total Environ. 285:187-195.
  30. Piotrowska, M., Dudka, and A.Chlopecka.1994.Effect of elevated concentrations of Cd and Zn in soil on spring wheat yield and metal contents of the plants.Water Air Soil Pollut.76:333-341.
  31. Powell, S.R.2000.The antioxidant properties of zinc.J. of Nutrition.130:1447-1454.
  32. Romheld, V. and H.Marschner.1991.Function of micronutrients in plants p.297-328. InJ. Mortvdet et.al.(ed.) .Micronutrients in Agricultural.Soil Sci. Amer. Inc., Madison. WI.
  33. Sharma, R.K. and M.Agrawal.2006.Single and combined effects of cadmium and zinc on carrots: uptake and bioaccumulation. J. of Plant Nutr.29:1791-1804.
  34. Sharma, R.K. ,M. Agrawal, and S.B.Agrawal.2008.Interactive effects of cadmium and zinc on carrots:growth and biomass accumulation. J. of Plant Nutrition.31:19-34.
  35. Smilde, K.W. ,B.Vanluit, and W.Van Driel.1992. The extraction by soil and absorption by plants of applied zinc and cadmium.Plant Soil.143:233-238.
  36. Suge, H., H. Takahashi, Artia, and H. Takaki.1986.Gibberlin relationships in zinc deficiency plants.Plant cell Physiol.27:1005-1012.
  37. Wagner,G.J.1993.Accumulation of cadmium in crop plants and consequences to human health.Adv.Agron.51:173-212.
  38. Weigel, H. G. 1985. Inhibition of photosynthetic reactions of isolated intact chloroplast by cadmium. J. of Plant Physiol.119:179-189.
  39. WHO (World Health Organization). 1992. Environmental Health Criteria. 134. Cadmium. IPCS.Geneva.
  40. Williams, C.H. and D.J. David.1976. The accumulation in soil of cadmium residues from phosphate fertilizers and their effect on the cadmium content of plants. Soil Sci.121:86-93.
  41. Yang, X.E., H.B. Ye, X.X. Long, B.He, Z.L.He, P.J. Stoffella, and D.V.Calvert.2004.Uptake and accumulation of cadmium and zinc by Sedum alfredii Hance at different Cd/Zn supply levels. J. of Plant Nutr.27:1963-1977.
  42. Zhao, Z.Q., Y.G. Zhu, R. Kneer, and S.E.Smith.2005.Effect of zinc on cadmium toxicity-induced oxidative stressing winter wheat seedlings. J. of Plant Nutr. 28: 1947-1959.
پژوهش های خاک
دوره 24، شماره 1
خرداد 1389
صفحه 31-41

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار